Prokaryoottien määritelmä: bakteerit, arkeonit ja solurakenne

Prokaryoottien määritelmä: selkeä opas bakteereista, arkeoneista ja niiden solurakenteesta — ominaisuudet, lisääntyminen ja ekologia.

Prokaryootit (tai monera) ovat yksinkertaisimpia tunnettuja eliöitä: bakteereja ja arkeoita. Ne ovat pääsääntöisesti yksisoluisia eliöitä, ja niillä ei yleensä ole selkeästi erillistä, kalvolla ympäröityä solun ydintä tai muita membranäärisiä soluelimiä. Näin ollen prokaryoottien perusrakenne on yksinkertaisempi kuin eukaryooteilla, mutta prokaryooteilla on monia erikoisrakenteita ja sopeumia, jotka mahdollistavat laajan kirjoisia elinympäristöjä.

Solurakenne ja poikkeukset

Prokaryoottien DNA on yleensä sytoplasmassa muodostuneessa nukleoidissa eikä muodosta kalvollista ydintä. Monet prokaryootit kantavat myös pieniä, ympyrämuotoisia DNA-paloja eli plasmideja, jotka sisältävät usein geenejä esimerkiksi antibioottiresistenssistä tai aineenvaihdunnallisista erikoiskyvyistä. Perusrakenteisiin kuuluvat myös:

• soluseinä (bakteereilla usein peptidoglykaanista, arkeoilla eri kemiallista koostumusta),
• solukalvo, joka säätelee aineiden kulkua soluun ja solusta pois,
• ribosomit (ribosomeja), jotka prokaryooteilla ovat rakenteeltaan ja kokoluokaltaan yksinkertaisempia (70S) kuin eukaryoottien (80S),
• ulkopintiä rakenteita kuten flagella (liikkumiseen), pili ja kapselit.

On tärkeää korostaa, että vaikka prokaryooteilla ei yleensä ole membranäärisiä soluelimiä, on olemassa poikkeuksia ja sisäisten kalvorakenteiden variaatioita. Esimerkiksi jotkin sinibakteerit (kuten syanobakteerit) sisältävät tilamaisia kalvorakenteita fotosynteesiä varten, ja joillakin bakteereilla on magnetosomeja tai erikoistuneita varastorakenteita. Näin ollen väite "Niillä ei ole kalvoja solun sisällä" tarkoittaa tarkemmin sitä, että niillä ei ole membranäärisiä organelleja kuten vakuoleja, Golgin laitteistoa tai endoplasmista verkkokalvoa, mutta muita sisäisiä rakenteita esiintyy.

Tapa lisääntyä ja perimän vaihtelu

Prokaryootit lisääntyvät yleensä jakautumalla sukkulaisella jakautumisella (binary fission) ilman sukusolujen yhdistymistä, mutta niiden perimä voi muuntua nopeasti muun muassa seuraavilla tavoilla:

• horizontaalinen geeninsiirto — konjugaatio, transformaatio ja transduktio,
• plasmidien vaihtuminen,
• mutaatioiden kertymä.

Nämä mekanismit selittävät esimerkiksi antibioottiresistenssin nopean leviämisen bakteeripopulaatioissa.

Biofilmit ja yhteisöllinen elämä

Jotkut prokaryoottien muodostamat rakenteet muistuttavat monisoluisia organismeja: biokalvot (biofilmit) ovat yhteisöjä, joissa bakteerit ja arkeonit elävät lähellä toisiaan kosteassa ekstrasellulaarisessa matriisissa. Biokalvot voivat muodostaa monimutkaisia, kerroksellisia yhteisöjä ja suojata soluja ympäristön haittatekijöiltä. Niitä esiintyy mm. vesiputkistoissa, hammasplakissa ja luonnonpinta-materialeilla.

Luokittelu ja evoluutio

Vuonna 1977 Carl Woese ehdotti prokaryoottien jakamista kahteen erilliseen ryhmään: bakteereihin ja arkeoihin, koska näiden kahden eliöryhmän rakenteessa ja genetiikassa on syviä eroja. Tätä jakoa, jossa elämän pääjakoiksi tunnustetaan kolme domeenia — Bacteria, Archaea ja Eukarya (eli eukaryoottien domeeni) — kutsutaan kolmen domeenin tai kolmen alueen järjestelmäksi. Nykyinen käsitys tukee ajatusta, että monet eukaryoottien solujen organelleista (esim. mitokondriot ja viherhiukkaset) syntyivät endosymbiootin kautta, kun varhaiset eukaryoottien esi-isät ottivat sisäänsä vapaasti eläviä prokaryooteja.

Arkeonien erityispiirteet ja elinympäristöt

Arkkeihin kuuluu monenlaisia yksinkertaisia organismeja, joiden kemiallinen soluseinän ja lipidien rakenne poikkeaa bakteereista. Monet arkeonit tunnetaan kyvystään selviytyä äärimmäisissä oloissa — mutta ne löytyvät myös tavanomaisista ympäristöistä. Alkujaan arkeoneja löydettiin usein äärimmäisissä ympäristöissä ja niiden joukossa on:

• termofiileja — kestävät erittäin korkeita lämpötiloja (esim. geotermiset lähteet ja geysirit),
• halofiileja — kestävät hyvin suolaisia ympäristöjä,
• asidofiileja ja alkalofiileja — joissa voidaan sieto hyvin happamia tai emäksisiä olosuhteita,
• metanogeeneja — tuottavat metaania, usein hapettomissa ympäristöissä kuten suot ja jotkin öljylähteet.

Arkeoneja on löydetty myös mustista savupiipuista ja muista hydrotermisista lähteistä, joissa kemialliset olosuhteet poikkeavat tavallisesta merivedestä.

Eko‑ ja bioteknologinen merkitys

Prokaryooteilla on keskeinen rooli maapallon ainekiertoihin ja ekosysteemeihin. Ne osallistuvat muun muassa:

• orgaanisen aineen hajotukseen ja ravinteiden kierrätykseen,
• typen kiertoon (mm. typensitojat, nitrifioijat ja denitrifioijat),
• fotosynteesiin (sinibakteerit, kuten syanobakteerit),
• kemiallisten yhdisteiden muuntamiseen (esim. rikki‑ ja raudanmuunnokset).

Ihmisen kannalta prokaryooteilla on sekä myönteisiä että haitallisia vaikutuksia: osa on sairaudenaiheuttajia, osa muodostaa tärkeitä osia ihmisen mikrobiomissa (esim. suoliston mikrobisto), ja monia hyödynnetään teollisuudessa, lääketieteessä ja ympäristötekniikassa (esim. bioremediaatio, entsyymituotanto ja antibioottien valmistus).

Yhteenveto

Prokaryootit — bakteerit ja arkeoita — muodostavat laajan, monimuotoisen eliöryhmän, jolla on yksinkertainen perussolu mutta suuri evolutiivinen ja toiminnallinen kirjo. Vaikka niiltä puuttuvat monet eukaryooteille ominaiset kalvolla ympäröidyt organellit, prokaryooteilla on lukuisia sopeutumia, jotka tekevät niistä olennaisia maapallon elämälle ja ihmistoiminnalle.

Kysymyksiä ja vastauksia

Q: Mitä ovat prokaryootit?

K: Onko prokaryooteilla solutydin?

K: Mikä on prokaryoottien perintöaines?

K: Mihin bakteerityyppiin kuuluvat syanobakteerit?

K: Miten prokaryootit lisääntyvät?

K: Onko prokaryoottien soluissa kalvoja?

K: Mistä eukaryoottien solut ovat peräisin?

Hae kirjaimella